不同冻融循环作用下分散土力学性质及微观结构

通过探究不同冻融周期条件下分散土的微观孔隙结构及力学特性,分析冻融环境对土体强度的影响。利用三轴试验及扫描电镜分别研究冻融循环下分散土力学性质变化规律及微观结构,并通过图像处理软件IPP定量获取土样的微观孔隙参数,包括孔隙率、平均孔径及平均形状系数。研究结果表明,土体结构内部孔隙数量及孔径大小均为呈现增加趋势,土体颗粒间的黏结效果减弱;分散土的破坏强度主要受土体孔隙的数量、大小及孔隙形状的影响,且与平均孔径、孔隙率及平均形状系数均呈负相关。由此得出分散土在不同冻融循环次数条件下微观结构会不断变化,进而导致土体的力学特性发生变化。

土体两种各向异性的区别与联系

原生和次生各向异性是土体的重要特性,两种各向异性既有区别,又有联系,都与土体所具有的结构性特点密切相关,但所产生的条件和机理有所不同。两种各向异性的区别集中体现在应力–应变关系矩阵上。复杂应力状态下砂土真三轴试验结果表明,次生各向异性对土体应力–应变关系有很大影响,是土体特性的本质体现,在某些工程实践中,对于土体应力变形分析的结果影响很大,土工数值分析中应当充分考虑其影响。

强夯法加固的主要设计参数研究

综合利用土体动力学理论,结合弹塑性有限元分析,研究了不同地基条件、不同的夯击方式下土体的应力-应变特征,从理论上确定了不同地基条件下,强夯法施工中的设计参数选定方法,包括锤重、落距、夯距等。在常用的地基或填方参数情况下,有效加固范围是夯锤直径的1.5～2.5倍。以此作为强夯设计依据,对工程实践具有一定的指导意义。

盾构隧道衬砌结构应力与变形的三维数值模拟与模型试验研究

结合广州地铁三号线盾构隧道工程实例,提出钢筋混凝土衬砌结构三维非线性有限元计算模型,应用非线性有限元程序ANSYS分析了上部和周围土体荷载作用下衬砌的应力场与变形情况。结构计算模型采用三维实体单元,考虑了衬砌与周围土体的共同作用、土体和钢筋混凝土材料的非线性性质,通过模型刚度折减考虑了管片接头的不连续性对衬砌应力和变形性质的影响。为验证数值分析结果,进行了衬砌结构的相似模型试验。给出了衬砌结构的应力场、应变场、结构整体位移以及裂纹的分布图。

各向异性对土质心墙坝水力劈裂的影响

应力诱导各向异性对复杂应力状态下土体的应力-应变规律有重要影响,而建立在各向同性假设基础上的常用土体本构模型并不能反映土体的这种特性,因此需要分析土体各向异性对土质心墙坝水力劈裂的影响。采用各向异性非线性弹性模型,对水荷载作用下粘土心墙坝进行有限元数值分析,并与邓肯模型计算结果比较。结果表明,各向异性模型考虑了蓄水期间从小主应力方向加荷引起的土体应力各向异性,计算得出的小主应力σ3较邓肯模型的大,且相应抗水力劈裂能力亦大,则邓肯 E-v 模型由于不能模拟蓄水期土体各向异性特性,对于水力劈裂发生的评估可能偏于危险。

平面应变条件下饱和土体分叉后的力学性状

土坡和挡土墙的应变局部化和渐进破坏分析的一个关键问题是如何合理描述土体分叉后的力学性状,而从试验得到的峰后应力应变关系实际上并不是土体本身的一种真实本构反应。为此,提出了一种描述含剪切带土体宏观力学特性的改进后的复合体理论(或均匀化理论)。结合干密砂以及饱和松砂、中密砂、密砂的平面应变试验结果,验证了该理论框架的合理性。

岩土弹塑性理论的加卸载准则探讨

将当前岩土弹塑性加卸载准则分为３类：基于屈服面概念的加卸载准则、应力型加卸载准则和应变型加卸载准则，指出了它们存在的问题．在岩土硬化阶段加卸载过程分析中，发现弹性应变增量、应变总量易于计算，又与塑性应变具有相关性，适于用作判断加卸载的参量．基于硬化情况下的应变增量分析，提出了一种新的应变型加卸载准则．该准则适用于岩土的硬化阶段，物理意义明确且简单适用．将该准则推广到多维及理想塑性情况，并对软化、应力洛德角变化及主应力轴旋转情况下的加卸载准则进行了讨论．

模拟月壤抗剪强度试验研究及离散元分析

模拟月壤作为探月工程模型试验的基床材料,其力学特性将直接影响到月球探测器、着陆器等机构的设计,而抗剪强度是其主要力学特性之一。针对软着陆模型试验所用的TJ-1模拟月壤,采用标准应力路径三轴仪对其进行静三轴试验,得到了不同相对密度、剪切速率和围压条件下模拟月壤的应力-应变关系曲线、弹性模量和抗剪强度指标值等,试验结果表明:模拟月壤具有应变软化特征并存在一定大小的表观黏聚力,峰值内摩擦角的值介于43°~51°之间;相对密度越大,应变软化特征越明显,黏聚力和内摩擦角的值都越大:在密实状态时,剪切速率越大,模拟月壤的抗剪强度指标值呈整体下降的趋势。利用PFC^(3D)软件建立三轴试验数值模型,研究了颗粒间摩擦系数、初始孔隙率以及颗粒刚度这3个细观参数对模拟月壤抗剪强度的影响,模拟结果表明:颗粒间摩擦系数是影响抗剪强度指标内摩擦角的主要因素,而初始孔隙率及颗粒刚度的影响则相对不明显;在一定数值范围内,颗粒间摩擦系数越大,内摩擦角的值越大,两者近似呈线性关系。

水泥土群桩承载力特性的原位试验研究

通过现场足尺试验,研究了软土中水泥土群桩的承载力特性.利用埋设的土压力盒等测试元件,针对单桩、四桩、九桩复合地基情况,分别测试了承台土反力、桩身轴力及复合地基变形等参数.从影响水泥土桩复合地基承载力的三大控制要素着手,根据系统的原位试验结果,定量分析了桩长、桩间距、桩数等对水泥土群桩复合地基承载力特性的影响.结果发现,发挥承载力的临界桩长为12倍桩直径,增大置换率能显著提高复合地基承载力,群桩复合地基承载力约为单桩复合地基承载力的80%.

固化盐渍土的力学性能

对2种原生盐渍土和1种非盐渍土的固化体进行单轴无侧限抗压试验和抗折试验,在ANSYS中建立有限元模型,分析试件的破坏形态,并利用单轴无侧限抗压的试验数据,计算得到模拟三轴加载的应力-应变曲线。结果表明:盐渍土和非盐渍土的固化体在力学性能上没有本质的区别;固化剂掺量较低时,固化土试件具有明显的塑性特征;随着固化剂掺量的增加,试件的抗压强度增大,弹塑性特征明显,并逐渐显示出脆性破坏的特征。典型的单轴无侧限抗压应力-应变曲线可分为3个阶段,即弹性段、塑性硬化段和软化段。在抗折试验中,固化剂掺量高的试件发生脆性断裂。

岩石疲劳破坏的变形控制律、岩土力学试验的实时X射线CT扫描和边坡坝基抗滑稳定分析的新方法

介绍了近年来在岩土力学领域方面取得的一些进展:①关于岩石疲劳破坏试验方面的实验结果。大量的试验清楚表明岩石发生疲劳破坏时的变形量受岩石应力-应变全过程曲线控制的规律,介绍了这方面的试验技术及新型的岩石力学试验机——RMT机的特性,对岩石的I型和Ⅱ型分类作了评述。岩石疲劳试验结果也提示我们在研究岩石的强度理论时要特别重视从变形角度去探讨。②简要介绍了岩土力学室内试验方面的一项新的实验技术——实时X射线CT扫描的试验方法和原理。重点给出了南桥砂岩三轴试验的结果,并与典型的全过程曲线作了对比分析。这一新技术为岩土力学界提供了一种新手段,使宏观的力学性能与细观层次上的结构演变和裂纹萌生、扩展直到破坏有机地联系起来,为损伤研究提供了一种新的实验手段。③论述了采用强度储备概念求抗滑稳定安全系数方面的不足之处。基于力是矢量这一基本概念,提出了计算抗滑稳定安全系数的新方法——矢量和分析方法,并与传统分析方法作了对比,指出了这种新方法的优点。除了平面问题外,还论述了三维问题的计算方法和算式。

非饱和土水力和力学性状耦合的弹塑性模型研究进展

对非饱和土力学的研究现状进行回顾,在总结前人研究成果并结合当前研究趋势的基础上介绍了能耦合模拟非饱和土水力和力学性状的弹塑性模型。该模型综合考虑到了饱和度对应力应变关系和强度以及变形对水力性质的交叉影响。给出了将耦合弹塑性模型应用于非饱和土体固结问题中进行有限元数值计算的公式。

基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究

南水北调南阳段膨胀土位于季节性冻土区域,易受冻融循环的影响。以南阳膨胀土为研究对象,对不同含水率、冻结温度、冻融循环次数的膨胀土试样进行变形测量和无侧限压缩试验。试验发现,含水率对膨胀土力学性质影响较大,含水率越高,强度与弹性模量衰减量越大;冻结温度对试样体积有较大影响,尤其是-10℃。根据显著性分析理论,研究含水率、冻结温度、冻融循环次数以及各因素间交互作用对膨胀土物理力学性质影响的显著性。结果表明,含水率对膨胀土力学性质影响最明显,含水率和冻结温度间的交互作用对强度影响较为显著;冻结温度对膨胀土体积变化影响最大,含水率和冻融循环次数的交互作用对体积变化有一定影响。在研究冻融循环条件下膨胀土物理力学性质时,不仅要考虑单一因素的影响,还应综合考虑各种因素交互作用的影响。

粘土蠕变-应力松弛耦合效应的数值探讨

土体的流变行为通常不是由单一的蠕变过程或应力松弛过程所决定的。这里，应用Mesri应力－应变－时间关系函数描述了粘土的蠕变－应力松弛耦合效应，并将数值计算结果与土样的蠕变－应力松弛耦合试验结果进行了比较，结果是令人满意的。对一些影响耦合效应的相关因素也进行了讨论。

土的非线性分析简化双曲线模型

本文从常量体积模量的基本假定出发，推得简化双曲线模型并采用１２组高压三轴排水剪实验资料验算，结果表明：上述简化双曲线模型的计算曲线与实验曲线的吻合程度优于邓肯双曲线模型．

单向正融粉制黏土路基的静力学特性及显著性分析

由于正融土体相较全融或全冻土体具有不稳定性,对路基土体会产生更大破坏,为了探究单向正融粉制黏土路基的静力学特性,通过改装动静三轴试验机,对不同围压、冻前含水率、顶端冻结负温、顶端融化温度进行了静三轴剪切试验,研究应力-应变曲线和静强度的变化规律,并且基于显著性分析对静强度进行探究。试验结果表明:随着围压和含水率的增加,应力-应变曲线逐渐由弹性-应变软化型变为弹性-应变硬化型;正融土静强度随顶端冻结负温的降低和融化温度的降低而升高,冻结负温比融化温度对正融土强度贡献更大;认为存在临界含水率,小于该含水率,静强度随含水率的增长而增大,大于该含水率则随含水率的增长而减小。通过显著性分析发现,围压对静强度影响最为显著,冻前含水率次之;同时,冻结和融化温度的交互作用也有较为显著的影响。

钢支撑自动伺服系统对周边环境的影响实测与分析

在软土地区进行基坑开挖时,对变形控制的要求往往比较高,钢支撑自动轴力伺服系统的应用,解决了上述问题。通过有限元分析,分别对多种假设情况的钢支撑自动伺服系统建立模型,得出围护结构侧移值和坑外地表沉降值,在与工程监测数据进行对比分析研究后证实:钢支撑自动伺服系统可以显著减少基坑围护结构侧移及地面位移量,可在工程中合理使用。

加筋土的加筋有效影响范围分析

文章基于有限元数值分析平台,建立加筋土的三轴试验数值模型,对加筋土的加筋有效影响范围进行了深入研究。通过对加筋土的应力、应变进行分析,得到加筋土的加筋有效影响范围约为0.1m。研究成果将为加筋土的设计、研究提供参考。

应变软化土体扩孔问题的大变形解析

将圆孔周围土体变形区分为弹性区、软化区和流动区,在弹性区中采用小变形理论,在软化区和流动区中采用大变形理论和非相关联流动准则,假定土体服从统一强度准则,根据应力平衡方程、应力和应变连续的边界条件,推导出考虑土体剪胀和中主应力等影响因素的应力和应变场分布规律、区域半径和极限扩孔压力的理论解答;并将极限扩孔压力理论的计算结果与传统Vesic扩孔理论计算结果进行对比。结果表明:扩孔压力和软化区半径受土体剪胀的影响比受参数b的影响大,而且球孔比柱孔更加显著;极限扩孔压力理论计算结果与Vesic结果非常接近。

低应力水平下CAS–1模拟月壤力学特性试验研究

'月壤采样'工程中的关键问题是,月面特殊环境条件下钻取机具与月壤之间的相互作用机制。针对CAS–1模拟月壤在低应力水平下的力学特性,开展直剪、压缩、三轴试验。研究表明:(1)低应力水平下,当孔隙比e=0.8~1.1时,黏聚力c=2.8~5.0 k Pa,内摩擦角?=39.84°~41.09°,压缩曲线表现出先上凹、再下凹的变化特征;当e=0.9~1.1时,初始压缩模量E0=12.647~3.923 MPa,应力–应变曲线分为硬化和软化阶段,软化下降速率较快,残余强度持续时间较长,应力比曲线分布集中。(2)低应力水平下,e越小,峰值偏应力/应力比越大,峰值轴向应变越小,但均在2%~5%范围,残余强度/应力比越大,持续时间越长。(3)初始切线斜率?、峰值应力比?f、残余应力比?r均与围压P0成一定对数线性关系,但在低应力水平下,?下降较慢,初始切线模量Gi(1/?)变化幅度较小,而?f与?r均下降较快。